Крупнейший на Земле ускоритель частиц открывает новое окно в раннюю Вселенную 

Фото из открытых источников

После более чем двух десятилетий поисков ученые наконец-то наблюдали явление в горячей и плотной «жидкой смеси» частиц, подобное тому, что заполняло космос сразу после Большого взрыва. Это наблюдение может помочь космологам лучше понять невероятно горячее и плотное состояние Вселенной в ее самые ранние моменты. Результаты исследования были приняты к публикации в журнале Physical Review Letters.

Самый мощный в мире ускоритель частиц, Большой адронный коллайдер (БАК), регулярно создает так называемую кварк-глюонную плазму, сталкивая атомные ядра тяжелых элементов, таких как свинец, и генерируя потоки частиц, называемые джетами, из которых возникает этот горячий и плотный «суп» из частиц. Это необходимо, потому что в современной Вселенной кварки и глюоны, называемые «партонами», встречаются вместе только в виде частиц, подобных протонам и нейтронам. Таким образом, для высвобождения этих партонов и генерации горячего «супа», известного как кварк-глюонная плазма, требуется энергия, генерируемая при столкновении атомов со скоростью, близкой к скорости света.

Когда частицы распространяются в кварк-глюонной плазме, они теряют энергию и импульс в этой среде, что должно создавать в этой первозданной среде вихревые следы, подобные тем, которые образуются, когда корпус лодки движется по океану. Однако исследователям не удавалось наблюдать этот так называемый «диффузионный вихревой след» в течение двух десятилетий. До настоящего времени.

«Наблюдение и количественная оценка диффузионного следа кварк-глюонной плазмы открывает путь к новой точной характеристике свойств и динамики кварк-глюонной плазмы и обещает новые открытия в изучении эволюции ранней Вселенной», — заявил руководитель группы Рагхунат Прадхан из Чикагского университета Иллинойса (UIC).

Ранее поиск волновых сигналов включал генерацию событий, связанных с образованием струи вместе с частицей, называемой Z-бозоном. Однако, хотя это и давало некоторые свидетельства существования следов частиц, сигналы от этих следов были слабыми и легко заглушались другими эффектами, связанными со струями, а это означало, что эти обнаружения не были статистически достаточно значимыми, чтобы классифицироваться как подтвержденные.

Для поиска волнового сигнала эта команда применила другой подход и использовала БАК для столкновения двух ядер свинца, чтобы создать струи частиц, расположенные друг за другом, так называемые диджетные события. Уникальная форма этих событий означала, что сигналы от следов частиц можно было легче отделить от окружающего шума.

Измерения, проведенные командой, показали явное отсутствие частиц позади направления струй, что было особенно заметно при относительно низком импульсе. Это в точности соответствует ожиданиям для диффузионного следа. Самые сильные сигналы следа были обнаружены в более централизованных столкновениях свинца со свинцом, которые создают больше кварк-глюонной плазмы.

«Это наблюдение — кульминация многолетних поисков, направленных на изучение феномена следа за самолетом; он был предсказан теорией более 20 лет назад, но оставался неуловимым в экспериментальных данных», — сказала руководитель группы Ольга Евдокимова из Иллинойского университета в Чикаго.